第七章 第4节 宇宙航行-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高一物理必修2同步课堂高效讲义配套课件(人教版）

物理 必修第二册（人教） 第七章 万有引力与宇宙航行 第四节 宇宙航行 地球 7.9 地球附近 11.2 地球 最小 16.7 太阳 最小 CD A 匀速圆周 万有引力 相同 静止卫星 C AC BD C A C BCD BC 【课标要求】　1.会计算人造地球卫星的环绕速度。 2．知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。 知识点一 | 宇宙速度 教材新知梳理 1．牛顿的设想：把物体从高山上水平抛出，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕____运动，成为人造地球卫星。 2．三种宇宙速度 (1)第一宇宙速度：v1＝______ km/s，物体在________绕地球做匀速圆周运动的速度，又称环绕速度。 (2)第二宇宙速度：v2＝________ km/s，使飞行器挣脱____引力束缚的____地面发射速度。 (3)第三宇宙速度：v3＝________ km/s，使飞行器挣脱____引力束缚的____地面发射速度。 关键核心突破 [任务驱动] 1．发射卫星，要有足够大的速度才行，那么不同星球的第一宇宙速度是否相同？把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ 2．天宫一号目标飞行器在距地面355 km的轨道上做圆周运动，它的线速度比7.9 km/s大还是小？ 提示：1.根据G eq \f(Mm,R2) ＝m eq \f(v2,R) ，v＝ eq \r(\f(GM,R)) ，可见第一宇宙速度由地球的质量和半径决定，不同星球的第一宇宙速度一般不同。轨道越高，需要的发射速度越大。 2．第一宇宙速度7.9 km/s是卫星(包括飞船)在地面上空做圆周运动飞行时的最大速度，是卫星紧贴地球表面飞行时的速度。天宫一号飞行器距离地面355 km，轨道半径大于地球半径，运行速度小于7.9 km/s。 [要点培优] 1．三个宇宙速度 项目 数值 意义 说明 第一宇宙速度(环绕速度) 7.9 km/s 物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度 7.9 km/s是卫星在地面附近的最小发射速度，也是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，在地面附近发射速度大于7.9 km/s，小于11.2 km/s时，卫星在椭圆轨道上绕地球运动 第二宇宙速度(逃逸速度) 11.2 km/s 物体挣脱地球引力的束缚，离开地球的最小发射速度 当11.2 km/s≤v<16.7 km/s时，卫星脱离地球引力的束缚，成为太阳系的一颗“小行星” 项目 数值 意义 说明 第三宇宙速度 16.7km/s 物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去的最小发射速度 当v≥16.7 km/s时，卫星脱离太阳的引力束缚，跑到太阳系以外的宇宙空间中去 2．第一宇宙速度的两种推导方法 对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半径R＝6 400 km，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，g取9.8 m/s2，则 方法一： eq \x(r≈R) eq \o(————→,\s\up17(万有引力),\s\do15(提供向心力)) eq \x(G\f(Mm,R2)＝m\f(v2,R)) ―→ eq \x(v＝ \r(\f(GM,R))≈7.9 km/s) 方法二： eq \x(\a\al(万有引力近似,等于卫星重力)) eq \o(————→,\s\up17(卫星重力),\s\do15(提供向心力)) eq \x(mg＝m\f(v2,R)) ―→ eq \x(v＝\r(gR)≈7.9 km/s) 3．决定因素 由第一宇宙速度的计算式v＝ eq \r(\f(GM,R)) 可以看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关。 4．对发射速度和环绕速度的理解 (1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。 (2)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由G eq \f(Mm,r2) ＝m eq \f(v2,r) 可得v＝ eq \r(\f(GM,r)) ，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度。 题组应用培优 [例1](多选)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是(　　) A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2 B．火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速